土工合成材料在防汛搶險中的運用.doc

土工合成材料在防汛搶險中的應(yīng)用1、前言 正值汛期，各地堤壩工程險情迭出。在汛期中如何針對不同的險情應(yīng)用土工合成材料進行搶險防護是一個急需解決的問題。土工合成材料是一種新型的巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合型土工合成材料等類型。土工合成材料不僅具有較高的強度。而且具有抗沖、耐磨、耐腐蝕和重量輕等特點。我國在利用天然纖維材料和織物進行防汛護堤、搶險、堵口方面已有很久的歷史，但利用土工合成材料來防汛搶險還是一項新技術(shù)。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和對土工合成材料功能和特點的逐漸認識、研究、土工合成材料將越來越廣泛地應(yīng)用于水利水電工程的搶險等工程中。2、防汛、搶險的傳統(tǒng)材料和土工合成材料的特點堤防、涵閘等各類建筑物的安全渡汛主要采取兩個層次的措施：第一是防護，就是避免險情發(fā)生；第二是搶險，即一旦險情出現(xiàn)，要迅速采取有效措施消除險情。防汛、搶險最常用的傳統(tǒng)材料主要為土料、砂料、石料以及草袋、麻包等，它們作為防汛用材已歷史悠久，效果良好，仍然是當(dāng)前防洪、搶險的主要材料。這些材料雖然有來源廣、數(shù)量多能就地取材等許多優(yōu)點，但也存在重量重、體積大、運輸困難、施工勞動強度大、施工速度慢、工程質(zhì)量不易保證等不足。土工合成材料中的土工織物一般都具有較高的強度，單位質(zhì)量輕、透水性強、防腐及耐磨性好的特點，同量它還具有以下幾方面的功能和作用：（1）排水功能：土工織物能截斷與匯集土體中的滲水，并能將滲水沿垂直織物平面或平行織物平面排出土體；（2）反濾功能：由于土工織物構(gòu)造上的水力學(xué)特性，在它排出滲水的同時，能攔阻土體顆粒不被帶出；（3）隔離作用：土工織物可能把不同性質(zhì)或不同級配的土石料隔開，以免互相摻雜，從而可以保證施工質(zhì)量；（4）對土體的加筋作用：土工織物有較高的抗拉強度，在土體中可以約束土體的應(yīng)變，提高土體的綜合變形模量，減小土體變形，改善土體的受力狀況。土工織物這些功能和特性，可以克服或改善傳統(tǒng)材料的缺點或不足。此外 ，土工織物施工工藝簡單，易保證工程質(zhì)量，施工速度快，工程造價低（與傳統(tǒng)反濾材料相比，可節(jié)約投資三分之一到二分之一）。因此對于防汛搶險這種時間性非常緊迫的工程，土工織物將成為一種十分理想的新材料，特別對一些缺土缺砂石料的地區(qū)更具有特殊的價值。3、土工織物在防汛搶險中的應(yīng)用汛期江河水位高漲，常居高不下，有時還受到大風(fēng)大浪侵襲，對于堤防薄弱環(huán)節(jié)，常容易釀成險情。堤壩工程的主要險情有：迎水坡發(fā)生大面積塌落，堤壩內(nèi)出現(xiàn)貫通水流通道和裂縫，下游出現(xiàn)管涌、流土及成片泡泉，下游坡出現(xiàn)大面積散浸，洪水漫頂?shù)取，F(xiàn)針對最常見的險情提出搶護方案。31 堤壩坍塌險工的搶護當(dāng)?shù)虊紊嫌斡写竺娣e塌落險情時，可采用覆蓋軟體排防護，如圖1和圖2，這種險情大多要分秒必爭地進行搶護。圖1 搶險用軟件體排結(jié)構(gòu)1-5mm縱向拉筋繩；2-10mm纜繩；3-紡織布條；4-搶險排體；5-60cm縱向土枕；圖2 風(fēng)浪險工搶護軟體排示意圖 6-5mm定位引繩；7-橫枕；8-20mm1-木樁；2-堤頂；3-排體；4-壓載縱枕；間距20mm；9-水流方向5-碎石橫枕；6-2倍波高沉排搶險施工方法如下：（1）展排體。將排體運到險工段，放在對應(yīng)的堤頂上，并展開。（2）橫枕裝載。指搶險隊要把裝滿土的編織袋放在橫枕中心線上，折轉(zhuǎn)枕布將對于尼龍繩頭捆在一起，就成裝土橫枕。（3）滾排成捆。搶險隊站在橫枕一側(cè)，滾排成捆，后將捆搭到迎水坡堤肩處。（4）打樁掛排。在縱枕對應(yīng)的堤頂上打樁4-6根，將縱向拉筋繩拴在樁上，松緊要適度，使排體沉好后，上端超出水面為準。（5）沉排護險。搶險隊面向迎水坡，往下推滾排體，使排體沉到預(yù)定位置，并在上游側(cè)拉緊橫向拉筋繩，固定排體位置，避免移位和翻轉(zhuǎn)。（6）縱向壓載。搶險隊分成四組，同時向指定豎袋內(nèi)投入裝土的編織袋，直到裝出水面為止。32 管涌險情的搶護由于滲流的作用，汛期堤壩及地基基礎(chǔ)薄弱處往往發(fā)生滲透變形，產(chǎn)生管涌、流土、滑坡等險情，如不及時處理，就將危及堤壩安全。采用土工織物作為濾層，應(yīng)對可能出現(xiàn)滲透破壞的堤段取土，進行試驗計算，確定土工織物型號，然后選購所需土工織物。但在防汛搶險時，有時來不及試驗，只能憑經(jīng)驗處理。使用土工織物對管涌險情的搶護，其施工方法是：（1）將泉眼周圍或嚴重散浸的地面整理平整，清除草皮雜物以及尖角石塊。（2）如泉眼較小，可以用整塊的土工織物蓋住泉眼，如泉眼較大或連片泉眼，則應(yīng)將土工織物互相搭接并用線縫起來，或采用化學(xué)粘合。搭接寬度一般為15-20cm。在松軟的土基或水下施工時，搭接寬度應(yīng)取40-60cm。（3）將土工織物蓋在泉眼上面，即以重物將其固定，再由周圍向中央壓易透水的2-4cm粒徑的小卵石或小石子，厚度30-50cm。石子上面再壓塊石或混凝土塊，最后形成中心高，四周低的壓重體。（4）鋪放土工織物的面積取決于泉眼的大小和嚴重滲水段的范圍，其面積應(yīng)大于需要保護的滲水范圍0.5m以上，土工織物施工如圖3所示。圖3 管涌險情的搶護示意圖施工時應(yīng)注意以下兩點：第一，當(dāng)管涌處水壓較大，土工織物覆蓋其上后，往往被水柱頂起來，一般說，這是壓重不夠，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)填壓石子，也可以用草袋裝石子壓上去，直至壓平為止。第二，當(dāng)有些冒砂孔比較大時，將土工織物蓋在上面，加壓重后就會凹下去，甚至?xí)⑼凉た椢锼浩啤Ｓ鲇谶@種情況，應(yīng)當(dāng)在孔內(nèi)先用大石子，小石子瓜子片將孔洞填平（可略高于附近地面3-5cm）以分散集中的滲流。在瓜子片，石屑上面鋪放土工織物并按前述辦法加壓重。土工織物鋪放以后，開始由于土體中微粒子被滲水夾帶出來，水色變渾濁，歷經(jīng)一段時間后，若水質(zhì)變清，說明此時土體內(nèi)部顆粒不再流失，土工織物已起導(dǎo)滲作用。3.3 大面積散浸險情的搶護有些土堤、壩構(gòu)筑土料雜亂或施工質(zhì)量差，擋水以后，隨洪水位升高，水壓增大，浸潤線相應(yīng)抬高，其滲漏也隨之出現(xiàn)，最后水流從背水坡滲出。若滲流量過大，出現(xiàn)渾水，背水坡松軟，有滑坡，塌陷等險情時，宜用土工織物反濾排水，以穩(wěn)定壩身。土工織物用于土壩散浸排水方法有兩種，一是用土工織物作貼坡排水，二是堤坡開挖導(dǎo)滲溝，溝內(nèi)放土工織物，上面填塞小石子。3.3.1 貼坡排水法使用土工織物作貼坡排水，一般應(yīng)考慮以下因素：（a）土工織物的物理特性（開孔大小和分布、厚度、壓縮性）；（b）被保護土的物理力學(xué)特性（顆粒大小分布、孔隙率、滲透系數(shù)）；（c）水力條件（滲透方向是單向或往復(fù)滲透）（d）作用于土工織物上的力及土工織物應(yīng)具備的抗拉抗壓、撕裂強度等。用土工織物貼坡排水的施工方法是，先整平堤坡，或用砂填平，然后平鋪土工織物。土工織物一般鋪設(shè)在比逸出點高0.5-1m以上。然后在土工織物上鋪放石子，石子上面可以放塊石。施工時，不穿帶釘子的鞋子作業(yè)，以免將織物扎破?？椢镏g搭接用線縫或用化學(xué)粘合劑粘合，搭接寬度一般為15cm左右，如圖4。圖4 貼坡排水法示意圖當(dāng)滲透水通過土工織物排出以后，可以在堤腳開挖一條導(dǎo)滲溝，將集流引出，同時溝內(nèi)也鋪放土工織物。排水溝要開挖平整，土工織物要緊貼排水溝底和兩側(cè)，并與堤坡，壩坡的土工織物搭接粘牢，最后在溝內(nèi)填放石子和片石壓重。3.3.2 開挖導(dǎo)滲法其施工方法是：從浸潤線逸出點沿坡面至堤腳開挖若干橫向溝（即垂直于堤身縱向軸線）溝的間距一般5m左右，溝深0.3-0.5m，寬0.3-0.8m，溝內(nèi)必須開挖平整，然后鋪放土工織物，在織物上面放小石子。土工織物放入溝內(nèi)要預(yù)留一定寬度的織物在溝外，而且留在溝外的織物需蓋上草席，以減少日光照射。如圖5。圖5 開挖導(dǎo)滲法示意圖4、結(jié)論與建議（1）塌岸險工搶護、管涌、下游坡散浸、開溝導(dǎo)滲等險情搶護，排體透水編織布效果較好。（2）用土工織物防汛搶險，汛前必須縫制好各種搶險排體。根據(jù)可能出現(xiàn)的各種險情，相應(yīng)備好搶險排體，一旦遇險就可立即搶護。否則會貽誤時機，造成不必要的損失。（3）防汛備用土工